تورک کانورتر یا مبدل گشتاور خودروهای گیربکس اتوماتیک چیست؟ + نحوه عملکرد

مبدل گشتاور یا تورک کانورتر، یکی از مفاهیم جدید برای رانندگان ایرانی است. دلیل آن نیز فقدان خودروهای اتوماتیک اقتصادی در بازار کشورمان است. این قطعه تنها در خودروهایی که به گیربکس اتوماتیک مجهز هستند، یافت می‌شود. همان‌طور که از نام تورک کانورتر مشخص است، این قطعه وظیفه دارد تا گشتاور تولیدی موتور را به نیروی محرک تبدیل کند.

 در حقیقت گیربکس‌های دستی نیازی به مبدل گشتاور ندارند، چرا که مجموعه کیت کلاچ وظیفه انتقال قدرت را به صورت کامل انجام می‌دهند و راننده نیز نوع انتقال قدرت را با انتخاب دنده تعیین می‌کند. در سوی دیگر گیربکس‌های اتوماتیک فارغ از تصمیمات راننده عمل می‌کنند، به همین دلیل بایستی ساز و کاری برای تعیین مقدار گشتاور ارسالی به چرخ‌ها وجود داشته باشد.

فلسفه وجودی تورک کانورتر در گیربکس‌های اتوماتیک، جایگزینی آن با ساز و کار کلاچ در گیربکس‌های دستی است. مبدل گشتاور یک دستگاه اعجاب انگیز و پر جزئیات است، دستگاهی که سهم پررنگی در پیشرفت صنعت خودروسازی ایفا کرده است.

نگاه اولیه به مبدل گشتاور

تعویض دنده یکی از مرسوم‌ترین کارهای یک راننده هنگام هدایت خودرو است. کافی است تا این فرآیند را با خودتان مرور کنید. راننده کلاچ را تا انتها فشار می‌دهد، سپس وضعیت دنده را با استفاده از اهرم دسته دنده تغییر می‌دهد و سپس کلاچ را رها می‌کند تا قدرت و گشتاور با ضریب متفاوتی به چرخ‌ها منتقل شوند.

این فرآیند در ابتدا ساده به نظر می‌رسد اما طراحان و مهندسان راه دشواری را برای گنجاندن این عمل در فرآیند کاری گیربکس‌های اتوماتیک داشتند. در حقیقت گیربکس‌های اتوماتیک فاقد کلاچ هستند و هنگام تعویض دنده نیاز به قطعه‌ای دارند که ارتباط گیربکس با موتور را برای لحظاتی متوقف کند. وظیفه انجام این کار در گیربکس‌های اتوماتیک بر عهده تورک کانورتر یا مبدل گشتاور است.

مبدل گشتاور یا تورک کانورتر، نوعی کوپلینگ سیال در دنیای مهندسی است که به موتور اجازه می‌دهد تا به صورت مستقل از گیربکس فعالیت کند. البته این فعالیت مستقل به صورت نسبی است و همانند گیربکس‌های دنده‌ای نمی‌توان ارتباط موتور و گیربکس اتوماتیک را به طور کامل قطع کرد. برای مثال هنگامی که خودرو پشت چهارراه و چراغ قرمز توقف کرده است، موتور به آرامی می‌چرخد و گشتاور ارسالی به چرخ‌ها نیز بسیار اندک است. در این وضعیت برای متوقف کردن خودرو تنها به فشردن آهسته پدال ترمز نیاز خواهید داشت.

اگر مبدل گشتاور در گیربکس اتوماتیک وجود نداشت، بایستی هنگام توقف کوتاه پدال ترمز را تا انتها فشار می‌دادید. در نبود مبدل گشتاور ارتباط بین موتور و گیربکس قطع نمی‌شود و موتور با حداقل دور همچنان فعال است. در نتیجه نیرویی بیشتر از حد عادی به چرخ‌ها ارسال می‌شود که کنترل آن کار راحتی نخواهد بود.

بررسی موشکافانه مبدل گشتاور

یک مبدل گشتاور از چهار جز اساسی ساخته شده است. این اجزا شامل پمپ، توربین، استاتور و مایع انتقال نیرو هستند. مبدل گشتاور به چرخ فلایویل موتور پیچ می‌شود، بنابراین با هر سرعتی که موتور در حال کار است می‌چرخد. پره هایی که پمپ مبدل گشتاور را تشکیل می دهند نیز به محفظه مبدل متصل هستند، بنابراین آنها نیز با همان سرعت موتور می‌چرخند.

پمپ قرار گرفته درون مبدل گشتاور، نوعی پمپ گریز از مرکز است. این پمپ همانند پمپ ماشین لباسشویی کار می‌کند، یعنی بر اثر فعالیت آن مایع انتقال نیرو به بیرون پرتاب می‌شود. بر اثر پرتاب مایع به بیرون، در مرکز پمپ خلا ایجاد می‌شود و در نتیجه ایجاد خلا مایع بیشتری به درون پمپ کشیده خواهد شد.

مایعی که توسط پمپ به بیرون ارسال می‌شود، در واقع به توربین می‌رسد. پره‌های توربین به گیربکس متصل هستند و با حرکت پره‌های توربین، گیربکس نیز می‌چرخد. چرخش گیربکس موجب به حرکت درآمدن چرخ‌های اتومبیل می‌شود و در حقیقت با چرخش گیربکس است که خودرو به حرکت در می‌آید.

برای تغییر جهت یک جسم متحرک، باید نیرویی به آن جسم وارد کنید. فرقی نمی‌کند که جسم ماشین باشد یا یک قطره مایع.  هر نیرویی که باعث چرخش جسم شود، باید آن نیرو را نیز احساس کند، اما در جهت مخالف آن. بنابراین همانطور که توربین باعث تغییر جهت سیال می‌شود، سیال نیز توربین را به چرخش در می‌آورد.

سیال از مرکز توربین خارج می‌شود و در جهتی متفاوت از زمان وارد شدن، حرکت می کند. در واقع سیال از توربین خارج می شود و برخلاف جهتی که پمپ و موتور در حال چرخش هستند، حرکت می کند. اگر سیال اجازه داشته باشد به پمپ برخورد کند، باعث کاهش سرعت موتور و هدر رفتن قدرت می شود. در اینجا است که استاتور وارد عمل می‌شود.

استاتور در مرکز مبدل گشتاور قرار دارد. وظیفه آن این است که سیال برگشتی از توربین را قبل از برخورد مجدد به پمپ هدایت کند. وظیفه استاتور افزایش چشمگیر بازده در تورک کانورتر است. استاتور از تیغه‌های تیز تشکیل شده است و وظیفه برعکس کردن جریان سیال یا همان روغن گیربکس را برعهده دارد. استاتور طوری طراحی شده است که نمی‌تواند با سیال بچرخد. این قطعه فقط می‌تواند در جهت مخالف بچرخد و سیال را مجبور به تغییر جهت در هنگام برخورد با تیغه های استاتور می‌کند.

تقریبا در تمامی اوقاتی که یک خودرو فعال است، استاتور نیز بایستی به حرکت خود ادامه دهد. نقطه‌ای از حرکت اتومبیل وجود دارد که در آن به استاتور نیازی نیست. این نقطه معمولا در سرعت 40 مایل در ساعت (64 کیلومتر در ساعت) اتفاق می‌افتد که در آن پمپ و توربین تقریباً با سرعت یکسانی می چرخند. در این مرحله، سیال از توربین برمی‌گردد و وارد پمپ می‌شود که در همان جهت پمپ حرکت می‌کند، بنابراین به استاتور نیازی نیست. در سایر سرعت‌ها پمپ اندکی سریع‌تر است و بنابراین به فعالیت استاتور نیاز خواهد بود.

به طور کلی می‌توان گفت که مبدل گشتاور هنگام فعالیت در یک وضعیت از بین سه وضعیت قرار دارد. وضعیت اول حالت توقف است. در این حالت گیربکس اتوماتیک در وضعیت D یا درایو قرار دارد اما راننده با فشردن پدال ترمز، مانع از حرکت خودرو می‌شود. این وضعیت هنگامی رخ می‌دهد که خودرو در ترافیک یا پشت چراغ قرمز متوقف می‌شود. در این حالت پمپ و توربین با سرعت بالایی می‌چرخند تا نیرو اتلاف شود و خودرو به جلو حرکت نکند.

وضعیت دوم هنگام شتاب‌گیری خودرو رخ می‌دهد. در این حالت سرعت چرخش پمپ و توربین‌ها به مرور کمتر می‌شود و گشتاور موتور به سمت چرخ‌ها ارسال می‌شود. این وضعیت تا زمان پایان شتاب گیری اولیه خودرو که در محدوده سرعت 60 کیلومتربرساعت تعیین شده است، ادامه دارد.

وضعیت سوم تورک کانورتر کوپلینگ نام دارد. این وضعیت هنگام شتاب‌گیری ثانویه و در سرعت‌های بیش از 60 کیلومتر بر ساعت رخ می‌دهد. در این وضعیت سرعت چرخش پمپ و توربین بسیار کاهش می‌یابد و کلاچ قفل کننده برای افزایش راندمان و کاهش مصرف سوخت وارد مدار می‌شود. این اتفاق مشابه رخدادی است که در گیربکس‌های دستی رخ می‌دهد. در گیربکس‌های دستی با افزایش دنده، شاهد کاهش دور موتور هستیم که بر اثر آن انرژی موتور به سرعت تبدیل می‌شود، در حالی که دنده‌های پایین‌تر انرژی موتور را به قدرت تبدیل می‌کنند.

نقاط قوت و ضعف تورک کانورتر

مهم‌ترین وظیفه تورک کانورتر، توقف خودرو بدون نیاز به خاموش کردن موتور در خودروهای مجهز به گیربکس اتوماتیک است. واضح است که این وظیفه بزرگترین مزیت مبدل گشتاور محسوب می‌شود، چرا که بدون وجود آن راهی به جز خاموش کردن موتور هنگام توقف‌های طولانی وجود نداشت.

مزیت دیگر تورک کانورتر افزایش سطح گشتاور خودرو هنگام شتاب‌گیری است. هنگامی که از حالت توقف اقدام به حرکت می‌کنید، تورک کانورتر گشتاور ارسالی به چرخ‌ها را تا سه برابر افزایش می‌دهد. این اتفاق به دلیل آن رخ می‌دهد که در این وضعیت موتور بسیار سریع‌تر از گیربکس می‌چرخد. در نتیجه مبدل گشتاور تمامی انرژی جنبشی موتور را بدون وقفه به گشتاور خالص تبدیل می‌کند و به چرخ‌ها می‌فرستد.

با وجود مزایای تورک کانورتر، این قطعات همچنان تا نزدیک شدن به حالت ایده آل فاصله طولانی دارند. در حالت ایده آل سرعت چرخش گیربکس به مرور افزایش می‌یابد تا زمانی که در سرعت‌های بالا، موتور و گیربکس با یک سرعت یکسان حرکت کنند. با این حال چنین اتفاقی در دنیای واقعی رخ نمی‌دهد و همواره بخشی از انرژی تولیدی موتور توسط گیربکس‌های اتوماتیک هدر می‌رود.

به همین دلیل است که مصرف سوخت خودروهای اتوماتیک نسبت به مدل‌های مشابه با گیربکس دستی بیشتر است. گیربکس‌های دستی انتقال قدرت را بلافاصله انجام می‌دهند و قطعات متحرک کمتری دارند، در نتیجه اتلاف نیرو کمتر خواهد بود. مهندسان برای رفع این مشکل، نوع جدیدی از مبدل گشتاور را معرفی کرده‌اند که به کلاچ قفل مجهز است. این کلاچ در سرعت‌های بالا بخش‌های مختلف مبدل گشتاور را به هم متصل می‌کند که در نتیجه آن راندمان این سیستم بهبود می‌یابد.

جمع‌بندی

افزایش سریع خودروهای اتوماتیک چینی طی دهه 1390 خورشیدی، تمایل مصرف‌کنندگان ایرانی به خرید خودروهای اتوماتیک را افزایش داد. اکنون نیز مصرف‌کنندگان ایرانی توقع دارند تا دو خودروساز بزرگ کشور، محصولات اقتصادی با گیربکس اتوماتیک را روانه بازار کنند. در حال حاضر ارزان‌ترین محصولات اتوماتیک بازار ایران، کوییک اتوماتیک و پژو 207 اتوماتیک هستند و پس از آن‌ها نیز دنا پلاس توربو اتوماتیک قرار دارد.

انتظار می‌رود تا در آینده نزدیک سهم خودروهای اتوماتیک از سبد محصولات دو خودروساز افزایش یابد، به همین دلیل لازم است تا مشتریان و تعمیرکاران با اصول فعالیت گیربکس‌های اتوماتیک و اجزای مختلف آن همچون تورک کانورتر آشنا شوند. بدیهی است که هرچقدر مشتریان ایرانی آشنایی بیشتری با گیربکس اتوماتیک و ساختار آن داشته باشند، استفاده مفیدتری از اتومبیل‌های خود خواهند داشت.

سوالات متداول